传感器技术 1试卷 第 1 页 共 6 页一、填空（每空 1 分，共 20 分）1. 传感器一般由敏感元件、 、 三个部分组成。2. 根据输入信号不同，传感器动态标定实验确定法可以分为 和 。3. 应变片传感器的温度误差主要来自于 和 。4. 电涡流传感器的谐振式测量电路主要有 和 。5. 电容传感器分为 、变面积型、三种类型。6. 按照传感器结构不同，恒定磁阻磁电感应式传感器分为 和 。7. 霍尔元件的零位误差主要包括 和。8. 用于制作压电传感器的压电材料分为 和两大类。9. 光源可分为四大类：热辐射光源、 、和激光光源。10. 红限是指 ，红限的大小与材料的相关。二、单选题（每题 2 分，共 30 分）1. 下列传感器中，不属于能量转换型的传感器是 。A 磁电感应传感器 B 压电式传感器传感器技术 1试卷 第 2 页 共 6 页C 涡流传感器 D K 型热电偶2. 以下说法错误的是 。A 静态测量不确定度是指传感器在全量程内任一点的输出值与其理论值的可能偏离程度。B 灵敏度误差是指传感器输出变化量与引起该变化的输入变化量之比。C 阈值是指传感器在零点附近能够检测到的最小的输入量。D 稳定性又被称为长时间工作稳定性或零点漂移。3. 使用直流电压电桥进行应变片信号转换，以下说法错误的是 。A 单臂电桥存在电压输出非线性B 等臂电桥结构的电桥电压灵敏度最高C 电桥电压灵敏度反比于电桥供电电压D 差动结构可以提高电桥电压灵敏度4. 使用变压器电桥进行电感传感器信号转换，以下说法错误的是 。A 量程范围内，变压器电桥输出电压峰峰值与测量位移成正比B 变压器电桥无法判断测量位移变化方向C 线圈品质因数影响输出电压的大小D 使用直流供电可以改善电路输出的稳定性5. 若霍尔传感器法线方向与磁场方法有夹角，则 。A 传感器输出电压降低 B 霍尔片灵敏度降低C 霍尔系数减小 D 霍尔传感器输出电阻增加6. 相比较光敏二极管，光敏三极管 。A 光电流大很多 B 温度稳定性好很多传感器技术 1试卷 第 3 页 共 6 页C 响应时间快很多 D 线性度好很多7. 以下关于磁电感应式传感器的说法错误的是 。A 磁电感应式传感器可以直接测量物体的速度或角速度。B 热磁分流器可以用于补偿磁电感应式传感器的温度误差。C 磁电感应式传感器不需要电源就可以直接工作。D 磁电感应式传感器具有很高的工作频带。8. 莫尔条纹具有位移放大作用，放大倍数与 相关。A 两光栅的栅距 B 两光栅的栅线夹角 C 透镜焦距 D 两光栅的长度9. 相比于热电偶，热电阻所不具备的优点是 。A 精度高 B 量程大 C 线性度好 D 不需要冷端补偿10. 热电偶接触电动势主要与 相关。A 材料自由电子密度 B 热电偶两端温度差 C 材料汤姆逊系数 D 热电极温度系数11. 下列传感器在使用过程中，必须使用交流电源激励的是 。A 差动式互感传感器 B 霍尔传感器 C 热敏电阻 D 光纤光栅传感器12. 下列传感器中，不能够用作长距离位移测量的是 。A 激光干涉仪 B 感应同步器 C 光栅传感器 D 霍尔传感器13. 下列传感器中，不能够用于振动位移测量的是 。传感器技术 1试卷 第 4 页 共 6 页A 变极距电容传感器 B 并联结构压电传感器 C 差动式自感传感器 D 光纤位移传感器14. 下列传感器，不是由半导体材料制备的是 。A 压阻传感器 B 霍尔传感器 C 感应同步器 D 热敏电阻15. 下列传感器，不具有原理线性输出特性的是 。A 透射式长光栅 B 变介电常数型电容传感器C 气隙型差动自感传感器 D 动铁型磁电感应传感器三、简答题（每题 6 分，共 30 分）1. 什么是应变片的灵敏系数？说明它与相同材料的电阻丝灵敏系数大小关系，并分析产生原因？2. 什么是涡流效应？影响涡流的参数有哪些？画出电涡流式传感器等效电路图。3. 恒定磁通式磁电感应传感器的输出感生电动势表示为，理论上输出电压 e 与导体相对磁场的运动速度 v 为线NBlve性关系，但在实际使用中，常常存在着非线性状况。请说明产生非线性的主要原因。4. 请画出压电传感器在实际应用中的电荷源等效电路。压电传感器测量电路的主要作用是什么？5. 图 1 中 A、B、C 为三种不同金属，e AC、e CB 为接触电动势，A、 B、 C 为三种材料的汤姆逊系数，请证明： ),(),(),( 000 TETECBA传感器技术 1试卷 第 5 页 共 6 页ABT0TCCeA B( T , T0)图 1四、综合题（共 70 分）1.（15 分）一个温度传感器的量程为 50°C550°C，使用该传感器进行测量，测量数据如表 1 所示。请根据表中数据计算：（1）该传感器的迟滞；（2）在端点直线拟合情况下该传感器的线性度。表 1真实值 50 150 250 350 450 550正行程（mv ） 10.3 51.1 91.3 132.7 171.9 210.3测量值 反行程（mv ） 10.3 51.5 91.0 132.1 172.1 210.32.（10 分）有两片相同的电阻应变片 R1 和 R2，初始电阻为120，灵敏度系数 k=2.15，假设 R1 受拉，R 2 受压，在一定应力作用下两电阻应变 均为 10.4×10-3。（1）请分别画出单臂和双臂直流电桥的电路图；（2）当电源电压为 U=5V 时，求两电桥电路输出电压，并计算单臂电桥电路的非线性误差。3.（15 分）图 2 为平板式变极距电容传感器示意图，、S、 为极板间距、极板覆盖面积、极板间介质的介电常数。若电容下极板固定，上极板向图中下方位置移动，请完成：（1）建立传感器电容变化量 C 与输入位移量 的对应关系表达式；（2）请将得到的关系表达式使用级数展开方法简化为线性关系表达式；传感器技术 1试卷 第 6 页 共 6 页（3）图 3 为图 2 的差动形式，以中间极板向下移动为例，说明图 3 传感器的特性相比较左图获得了哪些方面的提升。S12C1C2S图 2 图 34.（10 分）某压电元件 x 轴向切片 d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数 r=4.5，真空介电常数 0=8.85×10-12F/m，截面积 S=8cm2，厚度 h=0.6 cm，受到的纵向压力 Fx=10N。 （1）试求压电元件的表面电荷量和输出电压；（2）将两片完全相同的石英晶片的不同极性端粘接在一起，在同样力作用下，求传感器输出的电荷量和总电容。5.（10 分）使用像素值为 1000×1000 的 CCD 对圆形零件直径尺寸进行测量，成像物距为 d1=50cm、相距为 d2=5cm，CCD 尺寸为 2.5mm×2.5mm，问：（1）该系统能够测量的最大直径是多少？（2）成像过程引起的测量最大误差是多少？产生原因是什么？6.（10 分）设计一种可用于测量轴转速的传感器，（1）画出传感器结构示意图； （2）说明其基本工作原理。【完】